CN114645847A - 一种二维电机活塞泵 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种二维电机活塞泵，二维电机活塞泵由电机和活塞泵相结合组成，包括二维电机和二维活塞泵，二维电机驱动二维活塞泵工作。二维电机可分为定子和外转子，电机的外转子与定子同轴，置于定子外侧，电机外转子同时又作为二维活塞泵的活塞和配流机构，在工作时旋转并轴向运动。二维电机和二维活塞泵的部分结构共用，使结构更加紧凑；二维电机的转子无需轴承支承，避免了受轴向力而影响电机寿命的问题；使用二维电机将转子的旋转和轴向运动转换为磁耦合解耦，减少了摩擦，提高了效率；电机为湿式结构，散热好，不易引起火花；使用二维活塞泵结构，容积效率高。

Description

一种二维电机活塞泵
技术领域
本申请涉及电机技术、流体传动技术领域，特别涉及一种由二维电机和二维活塞泵组成的二维电机活塞泵。
背景技术
电机是将电能转换为机械能以提供动力的元件，常用作泵的动力源。外转子电机是线圈位于定子上，而永磁体处于外转子上的电机。相比于普通的电机，二维电机的转子在做旋转运动的同时还可做一定的轴向移动。液压泵是液压系统中提供加压液体的一种液压元件，是将电动机或内燃机等的机械能转换为液压能的转换装置。活塞泵是靠活塞的往复运动，使得泵容积腔的工作容积周期性变化，实现吸入和排出液体。相比于普通的活塞泵，二维活塞泵利用二维运动转换机构中活塞部件做旋转和轴向直动的二维运动，同时实现了吸排油功能和配流功能，提高了容积效率和集成度；二维活塞泵的活塞旋转一周可以多次连续吸排油，提高了功率密度。
本申请的发明人在长期的研发中发现，目前的二维活塞泵一般是通过电机轴与活塞的轴相连，电机轴带动活塞旋转运动并通过凸轮的作用而轴向移动，存在电机轴承受轴向力而机械磨损较大、电机长时间高速运转时发热严重等问题。
发明内容
本申请提供一种二维电机活塞泵，以解决现有技术中二维活塞泵中电机轴承受轴向力而机械磨损较大、电机长时间高速运转时发热严重等技术问题。
为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是将外转子二维电机的外转子和二维活塞泵的活塞相结合做成一体，因而称为二维电机活塞泵，一种二维电机活塞泵包括二维电机和二维活塞泵，所述二维电机和所述二维活塞泵相互套设且同轴设置。
作为优选，所述二维电机包括定子和外转子，所述外转子与所述定子同轴并套设于所述定子外，组成外转子电机结构。
作为优选，所述定子进一步包括左定子、右定子、定子线圈、导线与控制器。
所述左定子一端设有细轴，且所述细轴端部设有螺纹。
所述右定子通过螺纹连接的方式与所述左定子同轴固连。
所述定子线圈包括绕线、保持架和硅钢片，所述定子线圈还设有贯通整个定子线圈的心孔，所述心孔穿过所述细轴，位于所述左定子和所述右定子的中间，所述定子线圈通过第一定位销和所述左定子和所述右定子同轴固连，绕线和硅钢片等周围可充满工作液体，例如液压油，可油冷散热。
所述导线与控制器通过所述左定子轴上的孔引出，用于控制电机的工作运行。
作为优选，所述外转子进一步包括：
配流转子，同轴套设于所述定子外；
永磁体，多个等间距固定在所述配流转子内壁上；
左凸轮和右凸轮，通过第二定位销连接分别固定在所述配流转子的左右端面上。
作为优选，所述二维活塞泵包括配流机构，所述配流机构包括所述配流转子和泵体，因而所述配流转子是所述二维电机的所述外转子的主要部分，也是所述配流机构的主要部分，所述二维电机工作时，所述配流转子旋转并起到配流的作用。
作为优选，所述配流转子的外表面开有四条均匀分布的槽，每条槽在周向宽度所占的角度为45°，其中一组相对的两条槽为槽一且开口到同一端面，另一组相对的两条槽为槽二且开口到另一端面。
作为优选，所述泵体在周向开有对称的第一环形槽和第二环形槽，所述第一环形槽和所述第二环形槽中间位置开设有四个均匀分布的通孔，每个通孔在周向宽度所占的角度为45°，其中一组相对的通孔为通孔一且与第一环形槽连通，另一组相对的通孔为通孔二且与第二环形槽连通。
作为优选，所述二维活塞泵包括活塞机构，所述活塞机构进一步包括所述左凸轮和所述右凸轮，可通过销连接固定在配流转子的左右两端面上，因而所述左凸轮和所述右凸轮是所述二维电机的所述外转子的一部分，也充当所述活塞机构，所述左凸轮和所述右凸轮的内表面与所述左定子和所述右定子的外表面形成间隙密封，与所述配流转子一起，形成左容积腔和右容积腔。
作为优选，所述二维活塞泵包括滚轮组件，所述滚轮组件进一步包括滚轮和滚轮轴，所述滚轮组件固定在所述左定子和所述右定子上，所述滚轮和所述左凸轮、所述右凸轮的凹凸面接触。
作为优选，所述二维活塞泵包括泵壳、左端盖和右端盖，所述泵壳套设于所述泵体外，所述泵壳上设有两个流道口为第一流道口和第二流道口，分别与所述泵体上的第一环形槽和第二环形槽连通，所述左端盖和所述右端盖分别盖设于所述泵壳两侧，与所述泵壳、所述定子和所述滚轮组件固定配合。
作为优选，二维电机的外转子同时又作为二维活塞泵的活塞和配流机构。二维电机的定子、外转子、泵体和泵壳从内往外依次套设且同轴设置。当电机工作时，外转子做旋转运动，即泵的活塞和配流机构做旋转运动，配流机构的旋转运动实现配流功能。同时，外转子的两端分别为凸轮面，两端凸轮相同但成180°交错安装，与轴固定的滚轮相接触，因而外转子旋转时，又会产生轴向的运动，实现绕轴旋转和轴向移动的二维运动。凸轮又同时作为活塞，轴向运动会使得容积腔的体积变化，从而实现吸入和排出液体的功能。
本申请的有益效果是：区别于现有技术，本申请二维电机活塞泵工作时，电机的外转子做旋转运动和轴向运动，外转子作为配流机构做旋转运动，实现配流功能；外转子又同时作为活塞，轴向运动会使得容积腔的体积变化，从而实现吸入和排出液体的功能。如此，省去了电机和活塞泵之间的传动机构，使结构更加紧凑；二维电机转子无需轴承支承，避免了受轴向力而影响电机寿命的问题；使用二维电机将转子的旋转和轴向运动转换为磁耦合解耦，减少了摩擦，提高了效率；电机为湿式结构，散热好，不易引起火花；使用二维活塞泵结构，容积效率高。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，其中：
图1是本申请二维电机活塞泵实施例的立体结构示意图；
图2是本申请二维电机活塞泵实施例的剖视结构示意图；
图3是本申请二维电机活塞泵实施例的爆炸结构示意图；
图4是请二维电机活塞泵实施例的吸排液体工作示意图。
图中：1.定子；11.左定子；111.细轴；12.右定子；13.定子线圈；131.心孔；14.第一定位销；15.导线与控制器；2.外转子；21.配流转子；211.槽一；212.槽二；22.左凸轮；23.右凸轮；24.第二定位销；25.永磁体；3.泵体；311.第一环形槽；312.第二环形槽；321.通孔一；322.通孔二；4.滚轮组件；41.滚轮；42.滚轮轴；5.泵壳；6.左端盖；7.右端盖；V1.左容积腔；V2.右容积腔；A.第一流道口；B.第二流道口。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本申请保护的范围。
本申请中的术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本申请首先提出一种二维电机泵，如图1至图4所示，图1是本申请二维电机活塞泵实施例的立体结构示意图；图2是本申请二维电机活塞泵实施例的剖视结构示意图；图3是本申请二维电机活塞泵实施例的爆炸结构示意图；图4是本申请二维电机活塞泵实施例的吸排液体工作示意图。
本实施例二维电机活塞泵包括二维电机和二维活塞泵，二维电机和二维活塞泵相互套设且同轴设置，且二维电机的外转子2同时又作为二维活塞泵的活塞和配流机构。二维电机的定子1、外转子2（泵的活塞和配流机构）、泵体3和泵壳5从内往外依次套设且同轴设置。目前的二维活塞泵一般是通过电机轴与活塞的轴相连，带动活塞旋转运动，同时通过凸轮与滚轮的接触配合实现活塞的轴向运动，存在电机轴承受轴向力而机械磨损较大、电机长时间高速运转时发热严重等问题。而本申请中的电机为二维电机，工作时，外转子2做旋转运动，亦即泵的活塞和配流机构做旋转运动，实现配流功能，同时，外转子2的两端分别为凸轮面，进一步来说，两个凸轮面为左凸轮22和右凸轮23，左凸轮22和右凸轮23相同但成180°交错安装，与轴固定的滚轮41相接触，因而外转子2旋转时，又会产生轴向的运动，实现绕轴旋转和轴向移动的二维运动。左凸轮22和右凸轮23又同时作为活塞，轴向运动会使得容积腔V1、V2的体积变化，从而实现吸入和排出液体的功能。二维电机的外转子2同时作为二维活塞泵的配流机构和活塞，省去了电机和活塞泵之间的传动机构，使结构更加紧凑；二维电机外转子2无需轴承支承，避免了受轴向力而影响电机寿命的问题；电机为湿式结构，散热好，不易引起火花；使用二维电机将转子的旋转和轴向运动转换为磁耦合解耦，减少了摩擦，提高了效率；使用二维活塞泵结构，容积效率高。
在本实施例中，二维电机部分包括定子1和外转子2，其中外转子2与定子1同轴并套设于定子1外，组成外转子电机。
在本实施例中，二维电机的定子1进一步包括左定子11和右定子12，都有多级台肩，左定子11一端设有细轴111，细轴111的外端面有螺纹，进一步来说，左定子11比右定子12多伸出一段细轴111。
在本实施例中，电机的定子1进一步包括定子线圈13，由绕线、保持架和硅钢片等组成，定子线圈13还设有贯通整个定子线圈13的心孔131，其中心孔131穿过左定子11伸出的细轴111，置于左定子11和右定子12的中间，左定子11和右定子12伸出的台肩与定子线圈13的端面贴合，约束定子线圈13的轴向运动；第一定位销14嵌入定子线圈13内圈和左定子11伸出细轴的槽内，约束定子线圈13的旋转运动，进一步来说，定子线圈13通过第一定位销14与左定子11和右定子12同轴固连。左定子11细轴111插入右定子内12，细轴111外端面的螺纹可与螺母配合，将左定子11、右定子12和定子线圈13固定为一体。
在本实施例中，电机的定子线圈13周围充满工作液体，例如液压油，工作时绕线和硅钢片等易发热元件产生的热量可通过油冷散热，因而在易燃易爆环境下工作时安全性更高。
在本实施例中，电机的定子1进一步包括导线与控制器15，与定子线圈13接通，由左定子11轴上的孔引出，用于控制电机的工作运行。
在本实施例中，电机的外转子2进一步包括配流转子21，同轴套设于定子1的外部，配流转子21的内表面有一环形宽槽，两端面开有销孔。
在本实施的例中，电机外转子2进一步包括永磁体25，多个永磁体25等间距固定在配流转子21内壁的环形宽槽上，定子线圈13的宽度大于永磁体25的宽度，且每端多出的宽度大于转子2的轴向行程，保证转子2在轴向运动过程中永磁体25径向都有定子线圈13。
在本实施的例中，电机外转子2进一步包括左凸轮22和右凸轮23，凸轮的一面为凸面，根据所需要的周期和行程确定凸面的形状，例如凸面为类似正弦函数状，波峰和波谷相差5mm，则转子的轴向行程为±2.5mm。左凸轮22和右凸轮23的另一面平整，端面开有销孔，左凸轮22和右凸轮23通过第二定位销24与配流转子21固连，两端凸轮根据凸面的波峰或波谷交错成180°安装。
在本实施的例中，二维活塞泵部分包括配流转子21和泵体3组成的配流机构。配流转子21的外表面开有四条均匀分布的槽，每条槽在周向宽度所占的角度为45°，其中一组相对的两条槽为槽一211且开口到同一端面，另一组相对的两条槽为槽二212且开口到另一端面，且端面部分切除出一径向孔，孔的大小比如周向与槽同宽、轴向宽1mm，使得左容积腔V1、右容积腔V2分别与槽一211、槽二212相连通。
在本实施的例中，泵体3在周向开有两条对称的第一环形槽311和第二环形槽312，两环形槽中间位置开有四个均匀分布的方形通孔，每个方形通孔在周向宽度所占的角度为45°，其中一组相对的通孔为通孔一321且开槽与第一环形槽311连通，另一组相对的通孔为通孔二322且开槽与第二环形槽312连通。当电机工作时，配流转子21旋转，配流转子21上的槽与泵体3上的通孔交替连通实现配流，液体通过配流转子21上的槽、泵体3上的环形槽被吸入或者排出容积腔。
在本实施的例中，二维活塞泵部分包括由左凸轮22和右凸轮23组成的活塞机构。左凸轮22和右凸轮23的内径小于配流转子21的端面内径，左凸轮22和右凸轮23的内表面分别与左定子11和右定子12的台肩外表面形成间隙密封；配流转子21的左端内表面与左定子11的最大径的台肩外表面形成间隙密封，形成左容积腔V1；配流转子21的右端内表面与右定子12的最大径的台肩外表面形成间隙密封，形成右容积腔V2。左凸轮22和右凸轮23做轴向运动时，可以起到活塞的作用。调整左凸轮22和右凸轮23的内径和配流转子21的端面内径即可调节环形左容积腔V1、右容积腔V2的内径和外径，配合凸轮的波峰或波谷值，即活塞的行程，可实现所需要的排量大小。
在本实施的例中，二维活塞泵部分包括滚轮组件4，滚轮组件4进一步包括滚轮41和滚轮轴42，滚轮组件共四件，上下、左右呈对称布置。滚轮轴42的一端为方形，一端为圆形，方形端插入泵体3相应的槽内，圆形端插入左定子11或右定子12相应的槽内，滚轮面和凸轮面相接触。
在本实施的例中，二维活塞泵部分包括泵壳5，套设于泵体3外，泵壳5上开有第一液体流道口A和第二液体流道口B，分别与泵体3上的第一环形槽311和第二环形槽312连通。
在本实施的例中，二维活塞泵部分包括左端盖6和右端盖7，分别盖设于泵壳5两侧。右端盖7的内端面与泵体3、右定子12相抵，右端盖7内端面伸出短柱与泵体3、右定子12的槽相配合，分别抵住滚轮轴42的两端，左侧结构相同，从而对定子1、滚轮组件4和泵体3实现固定作用。
在本实施的例中，例如图4 ，此时泵体3上的通孔一321、通孔二322分别正好与配流转子21上的槽二212、槽一211完全对齐，左容积腔V1和右容积腔V2的体积相等。当从右往左观察外转子2顺时针旋转时，左凸轮22和右凸轮23的凸面与滚轮41相互作用，由于滚轮41位置固定，会对左凸轮22产生一向右的轴向力，推动电机外转子2（亦即泵的活塞部分）向右轴向运动，从而左容积腔V1的体积减小，压力增大，液体经左容积腔V1流出到配流转子2的槽一211，再经泵体3上的通孔二322流出到第二环形槽312，于泵壳5的第二液体流道口B排出；同时，右容积腔V2的体积增大，压力减小，液体经泵壳5的液体第一流道口A吸入，经泵体3上的第一环形槽311从通孔一321流入，再流入到配流转子2的槽二212，最终吸入到右容积腔V2。
在本实施的例中，例如图4 ，配流转子21上的槽一211、槽二212，泵体3上的通孔一321、通孔二322，都是成对（另一在图示背面）且关于圆柱面对称的，因而在液体吸入或排出过程中径向受力平衡。当图4所示转过45°时，泵体3上的通孔一321与配流转子21上的槽二212从恰好完全对齐到恰好完全分离，此时，转子2运动到最右端，左边的两滚轮面与左凸轮22的凸面的波峰接触，右边的两滚轮面与右凸轮23的凸面的波谷接触，左容积腔V1的体积减小到零，右容积腔V2的体积增大到最大。当转子2继续旋转时，右边的两滚轮面与右凸轮23的凸面的接触面将从波谷逐渐到波峰，左边则恰好相反，转子2受到向左的轴向力，而此时，泵体3上的通孔一321将与配流转子21上的槽一211对面的槽连通，泵体3上的通孔二322将与配流转子21上的槽二212连通，左容积腔V1的体积增大，右容积腔V2的体积减小，而液体仍从第一流道口A吸入，从第二流道口B排出，如此往复循环，持续吸排液体。
以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种二维电机活塞泵，其特征在于，包括二维电机和二维活塞泵，所述二维电机和所述二维活塞泵相互套设且同轴设置。
2.根据权利要求1所述的一种二维电机活塞泵，其特征在于，所述二维电机包括定子和外转子，所述外转子与所述定子同轴并套设于所述定子外。
3.根据权利要求2所述的一种二维电机活塞泵，其特征在于，所述定子进一步包括左定子、右定子、定子线圈、导线与控制器；
所述左定子一端设有细轴，且所述细轴端部设有螺纹；
所述右定子通过螺纹连接的方式与所述左定子同轴固连；
所述定子线圈包括绕线、保持架和硅钢片，所述定子线圈还设有贯通整个定子线圈的心孔，所述心孔穿过所述细轴，位于所述左定子和所述右定子的中间，所述定子线圈通过第一定位销和所述左定子和所述右定子同轴固连；
所述导线与控制器通过所述左定子轴上的孔引出。
4.根据权利要求2所述的一种二维电机活塞泵，其特征在于，所述外转子进一步包括：
配流转子，同轴套设于所述定子外；
永磁体，多个等间距固定在所述配流转子内壁上；
左凸轮和右凸轮，通过第二定位销连接分别固定在所述配流转子的左右端面上。
5.根据权利要求1所述的一种二维电机活塞泵，其特征在于，所述二维活塞泵包括配流机构，所述配流机构包括所述配流转子和泵体。
6.根据权利要求5所述的一种二维电机活塞泵，其特征在于，所述配流转子的外表面开有四条均匀分布的槽，每条槽在周向宽度所占的角度为45°，其中一组相对的两条槽为槽一且开口到同一端面，另一组相对的两条槽为槽二且开口到另一端面。
7.根据权利要求5所述的一种二维电机活塞泵，其特征在于，所述泵体在周向开有对称的第一环形槽和第二环形槽，所述第一环形槽和所述第二环形槽中间位置开设有四个均匀分布的通孔，每个通孔在周向宽度所占的角度为45°，其中一组相对的通孔为通孔一且与第一环形槽连通，另一组相对的通孔为通孔二且与第二环形槽连通。
8.根据权利要求1所述的一种二维电机活塞泵，其特征在于，所述二维活塞泵包括活塞机构，所述活塞机构进一步包括所述左凸轮和所述右凸轮，所述左凸轮和所述右凸轮的内表面与所述左定子和所述右定子的外表面形成间隙密封，与所述配流转子一起，形成左容积腔和右容积腔。
9.根据权利要求1所述的一种二维电机活塞泵，其特征在于，所述二维活塞泵包括滚轮组件，所述滚轮组件进一步包括滚轮和滚轮轴，所述滚轮组件固定在所述左定子和所述右定子上，所述滚轮和所述左凸轮、所述右凸轮的凹凸面接触。
10.根据权利要求1所述的一种二维电机活塞泵，其特征在于，所述二维活塞泵包括泵壳、左端盖和右端盖，所述泵壳套设于所述泵体外，所述泵壳上设有两个流道口为第一流道口和第二流道口，分别与所述泵体上的第一环形槽和第二环形槽连通，所述左端盖和所述右端盖分别盖设于所述泵壳两侧，与所述泵壳、所述定子和所述滚轮组件固定配合。
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